Proteinler ve Kimyasal Yapıları

Canlılığın yapısında, dört temel biyomolekül var: Proteinler, karbonhidratlar, lipidlervenükleik asitler. Proteinler canlının yapı taşı olarak bilindiği için diğer biyomoleküllerden çok daha ayrı bir yere sahip. Vücudumuzda gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonlardan, hareket etmemize kadar pek çok görevden proteinler sorumludur.
Proteinler ribozomlarda sentezlenirler ve amino asit denilen, yapılarında bir karboksil, bir amino, bir H atomu ve R grubu taşıyan yapı birimlerinden oluşurlar. Tüm amino asitlerde saydığımız ilk üç grup sabit olmasına karşın, R grubu değişkendir ve amino asidin farklanmasını sağlar. Bir amino asidin serbest karboksil ucunun, diğer amino asidin serbest amino ucuna peptit bağıyla bağlanmasıyla da peptitler oluşurlar.
Proteinler,20 temel amino asidi içerirler. Son çalışmalarla pek çok yeni amino asit türevi bulunmasına karşın yine de net olarak bildiğimiz ortak 20 amino asit bu yapılarda görev alır.
Bir protein, içerdiği pek çok bağ ve gruptan ötürü çeşitli konformasyonlarda bulunabilir ama her proteinin belirli bir fiziksel ve kimyasal yapısı ile görevi ve fonksiyonu olduğundan, proteinin kararlı ve kendisine özgü bir (veya birkaç) üç boyutlu yapısı olmak zorundadır. Bu sebeple protein kendi içinde organize olarak bu yapısını belirler.
Burada kararlılıktan kastımız proteinin üç boyutlu yapısını koruyabilmesidir. Buna etki eden en önemli güç de zayıf etkileşimlerdir. Burada zayıf etkileşimlerden kastımız, bir kovalent bağın enerjisine sahip olmayan daha düşük enerjili etkileşimlerdir: Hidrofobik etkileşimler, hidrojen bağları, disülfit bağları, iyonik etkileşimler gibi. Bunlar enerji bakımından zayıf olabilirler fakat sayıca fazla olmalarından ötürü yapının kararlılığında önemli bir role sahiptirler.
Bunlarla birlikte, yapısındaki amino asitlerle birlikte protein; birincil (primer), ikincil (sekonder), üçüncül (tersiyer) ve dördüncül (kuarter) yapılarını oluşturarak kararlı konformasyonuna ulaşır.

Birincil Yapı

Proteinin bu yapısı, peptit dizisinde içerdiği amino asitlerin dizilimiyle oluşan seridir. Amino asitler rastgele değil, genetik bilgiye göre bağlanırlar. Her protein için karakteristik bir dizi bulunur. Genelde protein zincirinin maksimum bir uzunluğu vardır ve belirli sayıda amino asit içerir. Zincirin fazla uzaması, proteinin katlanmasında (ki bu aşama protein fonksiyonu için önemli bir aşamadır) daha fazla hatanın oluşmasına sebep olabilir.

İkincil Yapı

Amino asitlerin R gruplarının etkisi göz önüne alınmadan, ana zincir atomlarının hidrojen bağı etkileşimleriyle oluşan konformasyondur. Burada ana zincir atomlarından kastımız, iki amino asidin birbirine bağlandıkları karboksil ve amino gruplarının atomlarıdır. Ana zincirdeki oksijen atomlarında kısmi negatif, hidrojen atomlarında kısmi pozitif yük olduğu için, bu atomlar arasında oluşan hidrojen bağları, çeşitli tipte katlanmalara sebep olur.

Üçüncül Yapı

Bu aşamada amino asitlerin R grupları arasındaki etkileşimler de üç boyutlu yapıda rol oynar ve proteininin genel yapısını yansıtır. Protein katlanırken, hidrofobik R gruplarına sahip olan amino asitler, sulu ortamdan kaçıp proteinin merkezinde toplanır. Bu zincirler birbirine yaklaştığında, van der Waals etkileşimleri tarafından bir arada tutulurlar. Ayrıca hidrofilik R grupları arası hidrojen bağları ve yüklü R grupları arasındaki iyonik bağlar da üçüncül yapının kararlılığını etkiler. Bu etkileşimler dışında sistem amino asitlerinin birbirine yaklaşmasıyla oluşan disülfid kovalent bağları da bu yapıyı güçlendirir.

Dördüncül Yapı

Bazı proteinler, işlevsel tek bir makromolekül oluşturabilmek için birden fazla polipeptit zinciri içerirler. Bu yapıda bulunan her bir zincire alt birim denir. Bu alt birimler arasındaki etkileşimler, domino etkisi yaratarak kooperatif bir çalışmaya olanak sağlarlar. Bunu açıklamak için hemoglobin örneğini verebiliriz. Hemoglobin dört alt birimden oluşan ve vücudumuza giren oksijenin taşınmasından sorumlu bir yapıdır. Her zincir, bir hem grubu içerir ve bu hem grubu sayesinde oksijen hemoglobine tutunur. Hemoglobinin bir alt birimine oksijen bağlandığında, diğer hem gruplarına oksijen bağlanması daha da kolaylaşır.
Peki proteinleri bu kadar önemli yapan şey ne?

 
Hücrelerin yapısal elemanı olmaları en temel sebep. Bunun dışında vücuttaki her olayda rol almaları, vücudumuzun oksijen taşıyıcılarının, metabolik tüm olayları gerçekleştiren enzimlerin, vücut savunmasındaki antikorların protein temelli olmaları da canlı açısından proteinin önemini kanıtlıyor.
Devrim Yağmur Durur
Kaynaklar
1- Campbell Biyoloji - Robert B. Jackson, Peter V. Minorsky, Steven A. Wasserman, Urry Michael L. Cain, Lisa A. Urry, Jane B. Reece, 9.Baskı
2- Lehninger Biyokimyanın İlkeleri - David L. Nelson, Michael M. Cox, 5.Baskı